海市蜃楼是一种大气光学现象。光线经过不同密度的空气层后发生显著折射，使远处、甚至是你根本看不到的景物显示在空中、地面上、或远海目力能及的地方，这样一种奇异幻景，通常发生在海上或沙漠地区。当水平方向的大气密度相差很大，使大气折射率在水平方向存在很大差异的时候，便可能出现侧向蜃景。
海市蜃楼在特定地点出现
1.海面上
夏天，海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大。我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中。这就是上现蜃景，常出现在海上和北方有冰雪覆盖的地方。
2.沙漠中
在沙漠里也会看到蜃景。夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布，由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率是下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样，这就是下现蜃景，大都出现在热季的沙漠或冬季暖洋流的海上。
3.夏天的柏油马路上
在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象。贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小。从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样。
海市蜃楼与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。海市蜃楼并没有传说中的那么神秘，只是一种较罕见的自然现象而已。
